第五章生態(tài)系統(tǒng)及其穩(wěn)定性第2節(jié)種群數(shù)量的變化大腸桿菌一、建構(gòu)種群增加模型培養(yǎng)大腸桿菌的培養(yǎng)基思考：在營(yíng)養(yǎng)和生存空間沒(méi)有限制的狀況下，某1個(gè)細(xì)菌每20分鐘分裂繁殖一代時(shí)間分鐘20406080100120140160180細(xì)菌數(shù)量(2)根據(jù)上表，寫(xiě)出n代細(xì)菌數(shù)量的計(jì)算公式。(1)請(qǐng)你計(jì)算出一種細(xì)菌產(chǎn)生的后裔在不同時(shí)間的數(shù)量:tN（3）將數(shù)學(xué)公式（N=2n)變?yōu)榍€圖曲線圖與數(shù)學(xué)方程式比較，有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？直觀，但不夠精確。思考：在營(yíng)養(yǎng)和生存空間沒(méi)有限制的狀況下，某1個(gè)細(xì)菌每20分鐘分裂繁殖一代數(shù)學(xué)模型：用來(lái)描述一種系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式．建立數(shù)學(xué)模型普通涉及下列環(huán)節(jié)：觀察研究對(duì)象，提出問(wèn)題提出合理的假設(shè)通過(guò)進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)或觀察等，對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式對(duì)事物的性質(zhì)進(jìn)行表達(dá)細(xì)胞每20min分裂一次資源空間無(wú)限多，細(xì)菌種群的增加不受種群密度增加的影響Nn＝２n觀察、統(tǒng)計(jì)細(xì)菌數(shù)量，對(duì)自己所建立的模型進(jìn)行檢查或修正種群數(shù)量變化的類(lèi)型“J”型曲線增長(zhǎng)波動(dòng)下降等“S”型曲線自然界種群變化的重要狀況有哪些？1859年，24只野兔6億只以上的野兔近100年后實(shí)例1：澳大利亞野兔二、種群增加的“J”型曲線澳洲運(yùn)用黏液瘤病毒消亡兔子實(shí)例2：右圖為環(huán)頸雉被引入美國(guó)的某島嶼上后，1937-1942年期間種群的增加。我國(guó)自1393－1990年以來(lái)人口統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以下：繪出上述時(shí)間內(nèi)我國(guó)人口數(shù)量變化的曲線示意圖。按照此曲線發(fā)展下去將會(huì)出現(xiàn)如何的狀況？鑒于我國(guó)人口的現(xiàn)狀應(yīng)當(dāng)采用什么方法？年份1393157817641849192819821990億0.60.62.04.14.710.311.6與社會(huì)的聯(lián)系研究種群數(shù)量變化有何意義？抱負(fù)條件下的種群增加模型世界人口的指數(shù)增加曲線抱負(fù)條件下的種群增加模型“J”型增加的數(shù)學(xué)模型1、模型假設(shè)：

：

抱負(fù)狀態(tài)——食物充足，空間不限，氣候適宜，沒(méi)有敵害等。（N0為起始數(shù)量，t為時(shí)間，Nt表達(dá)t年后該種群的數(shù)量，λ代表增加倍數(shù)，不是增加率，λ>1種群密度增大，λ<1種群密度減?。┓N群“J”型增加的數(shù)學(xué)模型公式：Nt=N0

λt

種群的數(shù)量每年以一定的倍數(shù)增加，第二年是第一年的λ倍。高斯（1934）把5個(gè)大草履蟲(chóng)置于0.5mL的培養(yǎng)液中，每隔24小時(shí)統(tǒng)計(jì)一次數(shù)據(jù)，通過(guò)重復(fù)實(shí)驗(yàn)，成果以下：高斯對(duì)大草履蟲(chóng)種群研究的實(shí)驗(yàn)請(qǐng)你繪制大草履蟲(chóng)的種群增加曲線！“J”型增加能否始終持續(xù)下去嗎？生態(tài)學(xué)家高斯的實(shí)驗(yàn)：種群經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的增長(zhǎng)后，數(shù)量趨于穩(wěn)定的增長(zhǎng)曲線，稱(chēng)為“S”型曲線．大草履蟲(chóng)種群的增加曲線討論：大草履蟲(chóng)的增加呈“S”型曲線的因素有哪些？討論:大草履蟲(chóng)的增加呈該型曲線的因素有哪些？食物等資源和空間總是有限的，種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)不停加劇，捕食者數(shù)量不停增加，造成該種群的出生率減少，死亡率增高。當(dāng)出生率與死亡率相等時(shí)，種群的增加就會(huì)停止，有時(shí)會(huì)穩(wěn)定在一定的水平。K值：在環(huán)境條件不受破壞的狀況下，一定空間中所能維持的種群最大數(shù)量稱(chēng)為環(huán)境容納量。常劃分為五個(gè)時(shí)期：①開(kāi)始期，個(gè)體數(shù)極少，增加緩慢；②加速期，隨個(gè)體數(shù)增加，增加逐步加緊；③轉(zhuǎn)折期，當(dāng)個(gè)體數(shù)達(dá)K/2時(shí)，增加最快；④減速期，個(gè)體數(shù)超出K/2后來(lái)，增加逐步變慢;⑤飽和期，個(gè)體數(shù)達(dá)成K值而飽和。S型增加曲線的特點(diǎn)：①②③④⑤K/2的意義：K/2左右，種群?jiǎn)挝粫r(shí)間的增加率最大漁業(yè)林業(yè)剩余K/2——可再生資源的最佳收獲方略畜牧業(yè)草業(yè)想一想：當(dāng)池魚(yú)滿塘，密林成材，牧草豐肥，牛羊滿圈的時(shí)候你將如何收獲，才干維持種群的持續(xù)最大收益呢？例1.此圖中種群在抱負(fù)環(huán)境中呈J型曲線（甲）增加，在有環(huán)境阻力條件下，呈S型曲線（乙）增加，下列有關(guān)種群增加曲線對(duì)的的是A.若此圖表達(dá)草履蟲(chóng)種群增加曲線，當(dāng)種群數(shù)量達(dá)成e點(diǎn)后，增加率為0B.種群中出現(xiàn)環(huán)境阻力是在d點(diǎn)之后C.若此圖表達(dá)蝗蟲(chóng)種群增長(zhǎng)曲線，則蟲(chóng)害的防治應(yīng)在c點(diǎn)進(jìn)行D.若此圖表達(dá)微生物的增加曲線，則在e處的出生率和死亡率為0。Ak/2t1t2最大持續(xù)產(chǎn)量例2.為了保護(hù)魚(yú)類(lèi)資源不受破壞，并能持續(xù)地獲得最大打魚(yú)量，根據(jù)種群增加的S型曲線，應(yīng)當(dāng)使被打魚(yú)群的種群數(shù)量保持在K/2水平，這是由于在這個(gè)水平上A．種群數(shù)量穩(wěn)定 B．種群增加量最大C．種群數(shù)量最大 D．環(huán)境條件所允許的種群數(shù)量最大B例3、在一種玻璃容器內(nèi)，裝入一定量的符合小球藻生活的營(yíng)養(yǎng)液，接種少量的小球藻，每隔一段時(shí)間測(cè)定小球藻的個(gè)體數(shù)量，繪制成曲線，如右圖所示。下列4圖中能對(duì)的表達(dá)小球藻種群數(shù)量增加率隨時(shí)間變化趨勢(shì)的曲線是（）D問(wèn)題：從環(huán)境容納量（K值）的角度思考：（1）對(duì)瀕危動(dòng)物如大熊貓應(yīng)采用什么保護(hù)方法？（2）對(duì)家鼠等有害動(dòng)物的控制，應(yīng)當(dāng)采用什么方法？建立自然保護(hù)區(qū)，改善大熊貓的棲息環(huán)境，提高環(huán)境容納量。能夠采用方法減少有害動(dòng)物種群的環(huán)境容納量，如將食物儲(chǔ)藏在安全處，斷絕或減少它們的食物來(lái)源；室內(nèi)采用硬化地面等方法，減少它們挖造巢穴的場(chǎng)合；養(yǎng)殖或釋放它們的天敵，等等。種群增加的“S”型曲線種群的增加方式“J”型增加曲線“S”型增加曲線種群數(shù)量達(dá)成環(huán)境所允許的最大值（K值）后，將停止增加并在K值左右保持相對(duì)穩(wěn)定。K值：在環(huán)境條件不受破壞的狀況下，一定空間中所能維持的種群最大數(shù)量稱(chēng)為環(huán)境容納量。種群增加的“S”型曲線兩種種群增加方式的差別重要在于環(huán)境阻力對(duì)種群數(shù)量的影響增長(zhǎng)方式指數(shù)增長(zhǎng)邏輯斯諦增長(zhǎng)產(chǎn)生條件特點(diǎn)資源無(wú)限、空間無(wú)限、不受其它生物制約等抱負(fù)條件下K值（即環(huán)境容納量）：在長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)環(huán)境所能維持的種群最大數(shù)量。是種群在該環(huán)境中的穩(wěn)定平衡密度種群增加的兩種方式比較資源有限、空間有限、受其它生物制約等有限條件下起始增加很慢，隨著基數(shù)的加大，增加越來(lái)越快。起始加速增加，K/2時(shí)增加最快，之后開(kāi)始減速增加，達(dá)成K值時(shí)便停止增加或在K值上下波動(dòng)。什么狀況出現(xiàn)此種曲線？有哪些因素會(huì)影響到種群數(shù)量的變化呢？——種群的數(shù)量是由出生率和死亡率、遷入和遷出（食物、氣候、天敵、傳染病、人類(lèi)活動(dòng)）決定的。種群增加的“J”型曲線時(shí)間種群數(shù)量大多數(shù)種群的數(shù)量總是在波動(dòng)之中的，四、種群數(shù)量的波動(dòng)和下降

東亞飛蝗種群數(shù)量的波動(dòng)在不利條件之下，還會(huì)急劇下降，甚至滅亡自然環(huán)境條件下，種群數(shù)量總是在K值附近上下波動(dòng)K值——種群在一定環(huán)境中的穩(wěn)定平衡密度。將10ml酵母液放在適宜的溫度下培養(yǎng)，并于不同時(shí)間內(nèi)等量均勻取樣4次，分別測(cè)定樣品中酵母菌的數(shù)量和pH值，成果如表1所示，請(qǐng)分析回答：（1）推測(cè)表中樣品的取值先后次序?yàn)開(kāi)___________（2）對(duì)酵母菌而言，10ml該培養(yǎng)液的環(huán)境負(fù)荷量為_(kāi)___________。（3）若第5次均勻取樣，樣品中的酵母菌數(shù)量為760個(gè)/mm3。產(chǎn)生這一成果的因素是_________________。樣品酵母菌數(shù)量（個(gè)/mm3）pH112104.828205.4312103.7410005.0培養(yǎng)液中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不停被消耗，pH值減少，部分酵母菌因生存空間、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的缺少而死亡或解體。酵母菌種群的數(shù)量變化1.21×107個(gè)2-4-1-3酵母菌的數(shù)量和pH值影響種群數(shù)量變化的因素直接因素：出生率、死亡率、遷入、遷出間接因素：食物、氣候、傳染病、天敵重要因素：人類(lèi)的活動(dòng)種群的數(shù)量變化研究辦法：抱負(fù)條件有限環(huán)境：種群數(shù)量的變動(dòng)構(gòu)建數(shù)學(xué)模型環(huán)節(jié)觀察研究對(duì)象，提出問(wèn)題作出假設(shè)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用數(shù)學(xué)形式體現(xiàn)檢查或修正公式：曲線：“J”型曲線“S”型曲線定義：種群通過(guò)一段時(shí)間的增加后，數(shù)量趨于穩(wěn)定的增加曲線K值：即環(huán)境容納量，在環(huán)境條件不受破壞的狀況下，一定空間中所能維持的種群最大數(shù)量（2005北京會(huì)考）棲息在灌木叢中的紅松雞種群數(shù)量呈周期性波動(dòng)（如圖A），科學(xué)家發(fā)現(xiàn)紅松雞體內(nèi)有一種線蟲(chóng)生活。為擬定紅松雞種群數(shù)量的周期性波動(dòng)與否由線蟲(chóng)引發(fā)，科學(xué)家用驅(qū)蟲(chóng)劑分別解決紅松雞種群中5%、10%、20%的個(gè)體，得到紅松雞的數(shù)量變化曲線（如圖B）。

請(qǐng)分析回答下列問(wèn)題：（1）隨著驅(qū)蟲(chóng)劑解決的比例增